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Campus-News: Studium und Studenten-Leben an den Hochschulen im Rhein-Main-Gebiet

18. Dezember 2012

Hochschule RheinMain: Stellvertretend zum Mars

 Von Elisabeth Böker
Die künstlerische Darstellung zeigt den Anflug des Marsrovers „Curiosity“ auf den Mars. Foto:  NASA

Wissenschaftler und Studenten der Hochschule RheinMain haben hochsensible Sensoren entwickelt, für die sich die Nasa bei ihrer Mars-Mission 2016 interessiert.

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Wenn es nach Friedemann Völklein ginge, dann würde er am liebsten selbst zum Mars fliegen. Denn der Professor für Mikrotechnologie an der Hochschule RheinMain ist ein Weltraumfan. Doch er weiß, dass die Chancen für einen persönlichen Mars-Flug gleich null sind. Zumindest aber für Ergebnisse aus seiner Forschung schaut es so aus, als ob sie bei der Mars-Mission 2016 zum Einsatz kommen. Denn Friedemann Völklein hat gemeinsam mit Studierenden Hightech-Sensoren gefertigt, die die amerikanische Raumfahrtagentur Nasa derzeit für den tatsächlichen Einsatz testet.

In gewissen Bereichen ähnelt die irdische Arbeit von Völklein aber den Umständen bei einer Weltraummission – ein kleiner Trost für ihn. Möchte er zu seinem Arbeitsplatz gelangen, muss er sich erst Schutzanzug, Haube und Handschuhe anziehen. Zwar ist diese Kleidung allesamt leichter als ein echter Raumanzug, aber vom Aussehen gleicht sie den Anzügen der Astronauten. Völkleins Arbeit findet nämlich im Reinraum statt, also in einem Raum, in den kein Schmutz oder Staub gelangen darf. Dort stellt er gemeinsam mit Studenten des Masterstudienganges Angewandte Physik die Chips her, die bei der Nasa auf Interesse stießen.

Friedemann  Völklein im Reinraum der Hochschule.
Friedemann Völklein im Reinraum der Hochschule.
Foto: Michael Schick

Dabei waren die Sensoren eigentlich für irdische Zwecke gedacht: Völklein wollte Chips herstellen, die Druck im Vakuumbereich exakt messen können. Ein vorstellbarer Einsatzbereich sind hochempfindliche Pumpen an industriellen Beschichtungsanlagen. Die äußerst genaue Messleistung ist Völklein gelungen: Seine Chips können im Bereich von 1000 Millibar bis hin zu 0,00001 Millibar messen – was vermutlich einen Weltrekord darstellt.

Von der Größe sind die Chips vergleichbar mit dem Fingernagel eines Neugeborenen. Winzig klein also. „Die kleine Bauform, die geringe Energie, die sie benötigen und vor allem die Funktion, die die Sensoren erfüllen, machten sie für die Nasa interessant“, berichtet Völklein.

Nach theoretischen Planungen auf Papier hat Völklein gemeinsam mit fünf Studenten und einem Doktoranden ein Jahr lang an der Umsetzung gearbeitet. In hundert Einzelschritten werden die Chips gefertigt. Nun, da die Anleitung fertig geschrieben ist, benötigen sie eine Woche, um neue Chips zu produzieren. Dafür tragen sie auf einen Wafer, das ist eine Siliziumplatte, verschiedene Schichten in einer ganz bestimmten Struktur auf. Wie genau die Platte bearbeitet wird, ist geheim. Ein Patent hat Völklein dafür beantragt.

Doch so viel gibt Völklein preis: Herzstück der Chips ist ein hauchdünner Heizdraht aus Nickel. In engen Mäandern schlängelt sich dieser über eine Membran von einem Aufhängesteg zum anderen. Wird Strom durch den Draht geschickt, misst dieser die Wärme der Membran. Darüber wiederum kann nach Umrechnungen aufgezeigt werden, wie viel Druck im Gas der Umgebung vorhanden ist. Eben die Angabe über den Druck ist für die Mars-Mission wichtig. Denn auf unserem Nachbarplaneten soll 2016 ein Massenspektrometer zum Einsatz kommen, das Informationen über die Atmosphäre auf dem Mars liefern soll. Doch wenn das Massenspektrometer bei zu hohem oder niedrigem Druck eingesetzt wird, geht es kaputt und die Forschungen mit dem Gerät wären folglich nicht durchführbar. Das können die Sensoren von der Hochschule RheinMain helfen zu verhindern, indem sie rechtzeitig eine Warnung absenden.

Zur Zeit testet die amerikanische Raumfahrtagentur, ob die Sensoren tauglich sind für den Einsatz bei der Mission in etwas mehr als drei Jahren. Denn im Weltraum herrschen andere Bedingungen als auf der Erde. Die Tests müssen zeigen, ob die Sensoren aus Hessen diesen Widrigkeiten standhalten. 15 Sensoren hat Völklein zur Nasa geschickt. Dort werden sie mitunter auf die Beständigkeit bei Temperaturwechseln, Rüttelungen oder dem Kontakt mit aggressiven Gasen geprüft.

„Erste Rückmeldungen stehen noch aus“, sagt Völklein. Aber er zeigt sich zuversichtlich, dass die Sensoren 2016 tatsächlich zum Mars abheben werden. Und auch wenn der Professor und seine Studenten nicht selbst in das Raumfahrzeug einsteigen können, verfolgen werden sie die Mission mit ihren Sensoren von der Erde aus ganz genau.

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